by G. H. | Mai 13, 2019 | Knie + Endoprothetik, News, Wirbelsäule, Wirbelsäule chir.
Gehen mit vermehrter Oberkörperseitneigung reduziert das externe Knieadduktionsmoment aber kann trotzdem die mediale Kniekontaktkraft erhöhen
Schwachmeyer V, Kutzner I, Trepczynski A, Heller M, Bergmann G
Fragestellung: Die Kniebelastung, besonders die mediale Kniekontaktkraft Fmed, ist ein entscheidender Einflussfaktor für das Auftreten und Fortschreiten von Arthrose. Das einfach zu berechnende externe Adduktionsmoment (EAM) wird häufig als indirekte Messgröße für Fmed beim Gehen verwendet. Die Spitzenwerte werden beim Gehen mit vermehrter Oberkörperseitneigung (Duchenne-Hinken) je nach Grad der Seitneigung um bis zu 65% reduziert [1]. Es bleibt jedoch unklar, ob diese Reduktion des EAM mit einer gleichzeitigen Reduktion von Fmed korreliert, da eine Erhöhung der resultierenden Kraft Fres oder deren axialer Komponente Fz einen Anstieg von Fmed bewirken würde. Ziel dieser Studie war es, die tatsächliche Kniebelastung beim Gehen mit Oberkörperseitneigung mit instrumentierten Implantaten zu messen.
Methodik: Vier Patienten (63-78 Jahre, Größe 174-176cm, Gewicht 68-98kg) mit instrumentierten Knieimplantaten (Innex, Zimmer, Winterthur, Switzerland) [2] gingen auf ebenem Boden mit normaler und erhöhter Oberkörperseitneigung. Fmed, die Kraftverteilung – sog. Medial Ratio (MR = 100*Fmed/Fz) – und Fres wurden aus den telemetrischen Daten berechnet. Mithilfe einer Bewegungsanalyse (VICON Metrics, Oxford, UK) und Bodenreaktionskräften (AMTI, Watertown, MA, USA) wurde die Oberkörperseitneigung quantifiziert sowie das EAM berechnet. Spearman Korrelationskoeffizienten wurden zwischen allen Parametern ermittelt.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Oberkörperseitneigung wurde durchschnittlich um 9° (8 bis 10°) erhöht. Der Einfluss auf die internen Kräfte war während der ersten Hälfte des Gangzyklus am stärksten ausgeprägt. Bei allen Patienten wurde das EAM im Schnitt um 52% (-32 bis -90%), und die MR um -17% (-16% bis -19%) reduziert. Fres wurde in fast allen Patienten erhöht (-1 bis +50%), durchschnittlich um +20%. Der kombinierte Effekt von angestiegenenem Fres bei gleichzeitig geringerem MR führte zu individuell unterschiedlichen Änderungen von Fmed: Durchschnittlich änderte sich Fmed um -4%, mit Reduktionen um -20% bei zwei Patienten und Anstiegen von +3% und +18% bei den anderen beiden. Nur EAM und MR korrelierten statistisch signifikant miteinander (r= -0.8, p= 0.03).
Alle Patienten erreichten eine deutlich vermehrte Oberkörperseitneigung. Die dadurch verursachte Reduktion des EAM war der in der Literatur ähnlich. Obwohl EAM und MR konsistent reduziert wurden, verursachte der gleichzeitige Anstieg von Fres eine Erhöhung von Fmed bei zwei Patienten. Dies verdeutlicht, dass Veränderungen des EAM keine zuverlässige Aussage über Veränderungen der medialen Kniekontaktkraft erlauben.
Literatur:
1.Mündermann A, Asay JL, Mündermann L, Andriacchi TP. Implications of increased medio-lateral trunk sway for ambulatory mechanics. J Biomech. 2008;41(1):165-70. DOI: 10.1016/j.jbiomech.2007.07.001
2.Heinlein B, Graichen F, Bender A, Rohlmann A, Bergmann G. Design, calibration and pre-clinical testing of an instrumented tibial tray. J Biomech. 2007;40 Suppl 1:S4-10. DOI: 10.1016/j.jbiomech.2007.02.014
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR19-702
doi: 10.3205/14dkou538, urn:nbn:de:0183-14dkou5389
Published: October 13, 2014
© 2014 Schwachmeyer et al.
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by G. H. | Feb 13, 2019 | Knie + Endoprothetik, Konservative Orthopädie
Simulation degenerativer und pro-inflammatorischer Bedingungen zur Testung der Zelltherapie im Bandscheiben-Organkultursystem
Neidlinger-Wilke C, Teixeira GPQ, Boldt A, Mollenhauer J, Wilke HJ, Barbosa MA, Ignatius A, Goncalves R
Fragestellung: Der Erfolg einer zelltherapeutischen Behandlung der Bandscheiben-degeneration erfordert die Überlebensfähigkeit und Aktivität injizierter Zellen in einer Umgebung, die durch geringe Nährstoffversorgung, niedrige Osmolarität und inflammatorische Bedingungen geprägt ist. Im bovinen Organkultursystem haben wir degenerative und inflammatorische Bedingungen simuliert und die Eignung dieses Ansatzes zur Testung des Schicksals injizierter Zellen unter diesen Bedingungen überprüft.
Methodik: Organkulturen aus bovinen Bandscheiben (je 5-6 Stück pro Präparat) wurden nach 6 Tagen Vorkultur mit einer Nadel punktiert und für 2 Tage mit inflammatorischen Faktoren behandelt (LPS, IL1β) bzw. als unbehandelte Kontrollen belassen. Die Induktion einer inflammatorischen Antwort wurde durch Prostaglandin-(PGE2)-Analyse der Medienüberstände und Expressionsanalyse der isolierten Zellen bezüglich inflammatorischer Zytokine, MMPs, Aggrecan und Kollagen Typ II (Koll-2) untersucht. Das Stoffwechselprofil der Organkulturen wurde über den Glucoseverbrauch bestimmt. Zur Simulation normaler oder degenerativer Bedingungen wurde das Kulturmedium auf Normalbedingungen (5mM Glucose, 400 mOsm) oder Nährstoffmangel (0,05 mM Glucose, 300 mOsm) eingestellt. Einem Teil der Bandscheiben wurden fluoreszenz-markierte Bandscheiben-Zellen (PKH-67/26) in einem Albumin-Hydrogel injiziert. Bandscheiben mit injizierten Zellen wurden nach 1, 2 und 4 Wochen Inkubationszeit histomorphologisch und immunhistochemisch analysiert und der Glycosaminoglycan-(GAG)-Gehalt wurde bestimmt.
Ergebnisse: Die PGE2-Konzentration wurde durch Behandlung der Organkulturen mit LPS (10 µg/mL) oder IL1β (10 ng/mL bzw. 100 ng/mL) im Vergleich zu unbehandelten Kontrollen signifikant erhöht (jeweils 21.7±0.8-fach, 5.5±0.9-fach bzw. 9.6±0.8-fach, n=27, p<0.0001). Erste Ergebnisse zeigten in Zellen, die aus LPS- oder IL1β-behandelten Proben isoliert wurden, eine erhöhte Expression von IL-6, IL-8, MMP-1 and MMP-3 und eine Erniedrigung der Koll-II und Aggrecan-Expression. Der GAG-Gehalt der Proben nahm während 2 Wochen Kulturzeit deutlich ab (62,4 ± 9%). Bezüglich der Glucose-Verbrauchswerte und der Lactat-Produktion zeigten die behandelten Proben ähnliche Werte wie die Kontrollen und lagen oberhalb des kritischen Mangel-Grenzwertes (1mM). Fluoreszierende Zellen konnten zu jedem Zeitpunkt im Gewebe nachgewiesen werden, mit nur geringen Unterschieden zwischen den verschiedenen Kulturbedingungen.
Schlussfolgerung: Durch Simulation degenerativer oder inflammatorischer Umgebungsbedingungen konnten wir in Organkulturen eine PGE2-Erhöhung, eine Expressionserhöhung von MMPs und Interleukinen sowie eine erniedrigte Matrixprotein-Expression induzieren. Der Nachweis injizierter fluoreszenz-markierter Zellen ermöglicht die Charakterisierung der Zellreaktionen unter Simulation einer degenerativen Umgebung. Dieses Modell bietet vielversprechende Möglichkeiten zur In-vitro-Testung regenerativer und anti-inflammatorischer Therapien der Bandscheibendegeneration.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR15-721
doi: 10.3205/14dkou503, urn:nbn:de:0183-14dkou5031
Published: October 13, 2014
© 2014 Neidlinger-Wilke et al.
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by G. H. | Feb 3, 2019 | Fuß, Hüfte + Endoprothetik, Knie + Endoprothetik, News
Die valgisierende Standardkorrektur verbessert die Reparatur fokaler Knorpeldefekte – eine translationale Studie im Schafmodell
Goebel L, Orth P, Müller A, Zurakowski D, Pape D, Kohn DM, Cucchiarini Madry M, Madry H
Fragestellung: Markraumstimulierende Verfahren sind zur Behandlung kleiner symptomatischer Knorpeldefekte indiziert. Der Einfluss der Beinachse auf die Reparatur von fokalen Knorpeldefekten ist jedoch weitgehend unklar. Wir testeten daher die Hypothese, dass die Entlastung vollschichtiger Knorpeldefekte im lasttragenden medialen Femurkondylus durch valgisierende Tibiakopfosteotomien (HTO) zur verbesserten Knorpelreparatur im präklinischen Schafmodell im Vergleich zu einer erhöhten Belastung durch Varisierung führt. Weiterhin wurde die Hypothese getestet, dass eine valgisierende Standardkorrektur zu besseren Ergebnissen als Überkorrektur führt.
Methodik: Bei 19 adulten Merinoschafen wurden bilateral vollschichtige Knorpeldefekte (4 x 8 mm) im medialen Femurkondylus gesetzt und durch Pridiebohrung therapiert. Alle rechten Hinterbeine erhielten eine mediale, biplanare HTO (TomoFix small stature): (a) schließende HTO (5,5° Varus; n=4), (b) öffnende HTO (6,5° Valgus; Standardkorrektur; n=10), (c) öffnende HTO (11,5° Valgus; Überkorrektur; n=5). Linke Hinterbeine dienten als Kontrolle. Postoperativ war Vollbelastung erlaubt. Nach sechs Monaten erfolgten verblindete Analysen per 9,4 Tesla Hochfeld-MRT (µMRT, 2D MOCART Score), makroskopischem Score, Mikrocomputertomographie (µCT), Immunhistochemie für Typ I- und II-Kollagen und Histologie (Sellers Score). Statistische Auswertung unter Anwendung Quasi-Likelihood-Methoden und verallgemeinerter Schätzungsgleichungen (SPSS, Armonk, USA). Daten sind als Mittelwert ± Standardabweichung angegeben mit signifikantem P<0,05.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Makroskopisch führte die valgisierende Standardkorrektur zu verbesserter Farbe (P=0,012), Oberfläche (P<0,001) Defektfüllung (P=0,002) und Gesamtpunktzahl (P=0,019). Im µMRT zeigte sich eine verbesserte Defektfüllung (P<0,001) und MOCART-Gesamtpunktzahl (P=0,034). Histologisch ergab die valgisierende Standardkorrektur beste Werte für Defektfüllung (P<0,001) und Gesamtpunktzahl (P=0,011). Varisierung verschlechterte Zellmorphologie (P=0.016) und Typ-II-Kollagen-Immunfärbung (P<0,001). Die Knochendichte der subchondralen Knochenplatte war im µCT nach Varisierung (P=0,046) und valgisierender Überkorrektur (P=0,001) reduziert.
Eine valgisierende Standardkorrektur führt im translationalen Schafmodell zu signifikant verbesserter makroskopischer und struktureller Knorpelreparatur im medialen Femurkondylus im Vergleich zu den Kontrollen. Eine Überkorrektur sollte vermieden werden. Diese translationalen Ergebnisse unterstützen das Konzept der Entlastung von vollschichtigen Knorpeldefekten in lasttragenden Bereichen des medialen Femurkondylus bei Patienten mit Varusfehlstellung.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR15-1470
doi: 10.3205/14dkou500, urn:nbn:de:0183-14dkou5001
Published: October 13, 2014
© 2014 Goebel et al.
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by G. H. | Feb 3, 2019 | Fuß, Hüfte + Endoprothetik, Knie + Endoprothetik, News
Integration von nativen Knorpelgewebstransplantaten im Schafsmodell
Gelse K, Pachowsky M, Hennig FF, Trattnig S, Welsch G
Fragestellung: Das Ziel dieser Studie bestand darin, in einem Schafsmodell die Integration von nativen Knorpelgewebstransplantaten mit dem umgebenden Gewebe von Knorpeldefekten zu untersuchen. Hintergrund dieser Arbeit sind Beobachtungen neuerer Studien, welche den Chondrozyten prinzipiell die Fähigkeit zur Migration aus der Knorpelmatrix heraus zubilligen, wodurch der Begriff des sogenannten „integrative cartilage repair“ postuliert wurde.
Methodik: In adulten Schafen (n=12) wurden Knorpeldefekte (5 mm Durchmesser) in der medialen Femurcondyle mit 4 unterschiedlichen Reparaturverfahren behandelt (n=6 je Gruppe). In die Defekte wurden 1 mm dicke native Knorpelgewebe-Chips (Transplantate) eingesetzt, die zuvor aus dem Randbereich der Trochlea isoliert wurden. Die subchondrale Knochenlamelle wurde dabei entweder intakt belassen oder mittels je 5 Mikrofrakturierungen penetriert. Als Kontrollen dienten entweder unbehandelte Defekte mit intakter subchondraler Knochenlamelle oder Defekte, die lediglich mit reiner Mikrofrakturierung behandelt wurden.
Die Analyse der Defekte und der Reparaturgewebe erfolgte nach 6 und 26 Wochen mittels histologischer Methoden (ICRS II Score, modifizierter O’Driscoll Score).
Ergebnisse: In diesem Schafsmodell zeigten unbehandelte und mittels Mikrofrakturierung behandelte Defekte eine durchweg inkomplette Defektauffüllung mit minderwertigem Faserknorpel. Beim Einsetzen von nativen Knorpelgewebstransplantaten kam es in 60% (6 Wochen) bzw. 41% (26 Wochen) der Fälle zu einer Delamination bzw. Dislokation der Transplantate. Ursache hierfür war eine insuffiziente laterale Integration mit dem umgebenden Knorpel und eine komplett ausgebliebene basale Integration mit der darunterliegenden kalzifizierten Knorpelschicht. Eine Zellmigration bzw. ein Auswachsen von Chondrozyten aus der Matrix der Transplantate heraus konnte in dieser in vivo- Studie nicht regelhaft nachgewiesen werden. Die Matrix der Transplantate neigte hingegen während der Untersuchungszeiträume zur Degeneration mit erheblichen Proteoglykanverlust.
Im Gegensatz dazu zeigten die Transplantate in Defekten mit arrodierten Knochenmark und entfernter basaler kalzifizierter Knorpelschicht eine signifikant bessere basale und laterale Integration. Die einsprossende Zellen aus dem Knochenmark fungierten offenbar als Defektfüller und trugen zur besseren Integration bei.
Schlussfolgerung: Ein sogenanntes „integrative cartilage repair“ mit spontanem Auswachsen und Migration von Chondrozyten aus nativen Knorpelgewebstransplantaten heraus konnte in diesem Modell nicht regelhaft nachgewiesen werden. Die Integration konnte hingegen durch einwandernde Zellen nach Arrosion des subchondralen Knochenmarks mittels Mikrofrakturierung verbessert werden.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR15-932
doi: 10.3205/14dkou499, urn:nbn:de:0183-14dkou4993
Published: October 13, 2014
© 2014 Gelse et al.
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by G. H. | Feb 3, 2019 | Knie + Endoprothetik, News, Rheumatologie + Osteoporose
Untersuchungen zum immunprivilegierten Status von artikulären Chondrozyten in Knorpeldefekten im Großtiermodell
Niemietz T, Zaß G, Hagmann S, Gotterbarm T, Großner T, Richter W
Fragestellung: Die autologe Chondrozytentransplantation zählt heute zu den Standardtherapien für die Behandlung von Gelenkknorpeldefekten. Da autologe Chondrozyten jedoch nur begrenzt zur Verfügung stehen, wird auch die Verwendung von Knorpelzellen aus allogenen oder xenogenen Quellen diskutiert. In Nordamerika werden allogene Knorpeltransplantationen häufig klinisch eingesetzt, weil in experimentellen Studien meist keine Immunreaktionen gegen implantiertes, körperfremdes Knorpelgewebe sowie allogene Chondrozyten beobachtet wurden. Um zu prüfen, ob humanen Chondrozyten immunprivilegierte Eigenschaften zugesprochen werden können, sollte die vorliegende Studie an einem Großtiermodell überprüfen, ob humane Chondrozyten in Knorpeldefekten des Minischweins persistieren und zum Regenerationswebe beitragen können.
Methodik: Vollschichtige Knorpeldefekte der medialen Femurkondylen von Göttinger Minischweinen wurden durch die Matrix-gekoppelte Implantation von expandierten, humanen, artikulären Chondrozyten oder durch die Implantation von zellfreier Matrix behandelt. Als Trägermaterialen wurden zwei klinisch bereits eingesetzte Hydrogele verwendet. Zwei und vier Wochen nach Behandlung wurden die Defekte auf Anzeichen für Entzündungen, Wirtszelleinwanderung und die Persistenz der implantierten Zellen mittels spezies-spezifischer in situ Hybridisierung untersucht sowie die frühe Defektregeneration dem mit modifiziertem O’Driscoll Score bewertet. Parallel zum Großtiermodell wurden zusätzliche Konstrukte ektop in immunsupprimierte Mäuse implantiert.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die ektope Implantation belegte die Fähigkeit der verwendeten Chondrozyten in den Hydrogelen in vivo zu Knorpelgewebe zu redifferenzieren. Die Trägermaterialien bewiesen im Großtiermodell eine gute Biokompatibilität ohne signifikante Unterschiede hinsichtlich Wirtszelleinwanderung und zeigten vergleichbare histologische Scores für die frühe Defektregeneration. Bereits zwei Wochen nach der Implantation wurden nur noch wenige humane Chondrozyten nachgewiesen. Die verbliebenen Zellen befanden sich in geschützten Regionen mit geringem Remodelling der subchondralen Platte. Spezifische Färbungen zeigten, dass vor allem Makrophagen mit den humanen Zellen kolokalisiert waren.
Vermutungen zum immunprivilegierten Status von humanen Chondrozyten stützen sich bisher vor allem auf in vitro Versuche. Wir konnten zeigen, dass xenogen implantierte, humane Chondrozyten trotz ihrer Fähigkeit zur erfolgreichen in vivo Redifferenzierung, im orthotopen Großtiermodell nicht persistieren. Die Kolokalisation von Makrophagen und implantierten Chondrozyten legt eine Makrophagen-vermittelte Zellabstoßung nahe. Der erwartete immunprivilegierte Status von humanen, artikulären Knorpelzellen konnte somit im vorliegenden xenogenen Modell nicht belegt werden.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR15-1033
doi: 10.3205/14dkou498, urn:nbn:de:0183-14dkou4981
Published: October 13, 2014
© 2014 Niemietz et al.
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by G. H. | Dez 10, 2018 | Hüfte + Endoprothetik, Knie + Endoprothetik, News
Einfluss der mechanischen Beanspruchung auf die Osteointegration einer mikroporösen β-TCP-Keramik
Bernstein A, Bohner M, Südkamp NP, Mayr HO
Fragestellung: Der Erfolg der Osteointegration hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab. Dazu gehört auch die mechanische Belastungssituation des Implantates. Ziel der Untersuchung war die Analyse des Einwachsverhaltens einer genau definierten mikroporösen β-TCP-Keramik in Abhängigkeit von der mechanischen Beanspruchung (Implantation in nicht Last tragendene oder gering belastete Regionen bzw. in Last tragende und funktionell höhergradig belastete Bereiche.
Methodik: Als Implantate dienten immer zylindrische Formkörper aus einer phasenreinen β-Tricalciumphosphat (TCP)-Keramik mit 7 Durchmesser und 25 mm Länge. Diese besaßen eine interkonnektierende Mikroporosität (40%) mit einem Porendurchmesser von 5 µm. Die keramischen Materialien wurden in Bohrlochdefekte mit 7 mm Durchmesser und unterschiedlichen Last tragenden Gebieten (durch den Ursprung und Ansatz des vorderen Kreuzbandes – Gebiet I, Metaphyse des medialen Femurcondylus – Gebiet II und Hauptlastungszone des medialen Femurkondylus – Gebiet III) von Schafen implantiert. Die mechanische Beanspruchung unterschied sich wie folgt: Gebiet III > Gebiet I >Gebiet II. Die Versuchsdauer erstreckte sich über 6, 12 und 24 oder 26 Wochen. Im Gebiet III wurde ein Zeitraum von 52 Wochen eingeschlossen. Die Gruppengröße pro Zeitraum betrug 7 Tiere. Zur Beurteilung des Einwachsverhaltens im Knochen erfolgte eine histologische und histomorphometrische Analyse. Dabei wurde die ossäre Integration mit Hilfe einer Graduierungsskala semiquantitativ und qualitativ erfasst. Rasterelektronenmikroskopische und immunhistochemische Zusatzuntersuchungen erfolgten exemplarisch. Die Morphometrie erfolgte mittels vollautomatischer Bildanalyse. Statistische Analyse: T-Test, Mann-Whitney-U-Test, Wilcoxon-Test mit statistischer Signifikanz p<0.05.
Ergebnisse: Mikroporöses TCP wird knöchern integriert. Der knöcherne Ersatz geschieht nahezu zeitgleich. Die histomorphometrische Auswertung der Resorption zeigte erhebliche Unterschiede in der Degradations-geschwindigkeit. Bei Gebiet I wurden nach 6 Wochen 4,23+/-3,15%, nach 12 Wochen 13,36%+/-7,06 und nach 24 Wochen 19,56%+/-7,11 % degradiert. Bei Gebiet II lagen die Werte niedriger nach 6 Wochen wurden 4,03+/-2,17%, nach 12 Wochen 8,82 +/-7,89% und nach 24 Wochen 11,72 +/-5,58% des TCP degradiert. Bei Gebiet III wurde die höchste Degradationsrate erreicht Nach 6 Wochen waren es 4,86+/-4,22%, nach 12 Wochen 25,11+/-7,75%, nach 26 Wochen 74,40+/-11,51%. Nach 56 Wochen ist der Dübel zu 81,00 +/- 10,60% degradiert. Die Degradation des Dübels ist dabei tibial wesentlich stärker im Vergleich zu femural. Die Degradation schreitet auch nach Einschluss in den Knochen weiter fort.
Schlussfolgerung: Das Ausmaß der Degradation einer genau definierten TCP-Keramik ist abhängig vom Implantationsort und korreliert mit der mechanischen Beanspruchung des Lagers. In funktionell hochgradig belasteten Gebieten wird nach einem Jahr eine fast vollstädnige Degradation des TCP-Dübels erzielt.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR13-1241
doi: 10.3205/14dkou485, urn:nbn:de:0183-14dkou4851
Published: October 13, 2014
© 2014 Bernstein et al.
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